Question

3．對氮、碳及其化合物的研究具有重要意義．
（1）用肼（N₂H₄）為燃料，四氧化二氮做氧化劑，兩者反應生成氮氣和氣態(tài)水．
已知：N₂（g）+2O₂（g）=N₂O₄（g）△H₁   K₁
N₂H₄（g）+O₂（g）=N₂（g）+2H₂O（g）△H₂   K₂
則2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）=3N₂（g）+4H₂O（g）△H=2△H₂-△H₁ （用△H₁、△H₂表示），該反應的化學平衡常數K=$\frac{{{K}_{2}}^{2}}{{K}_{1}}$（用K₁、K₂表示）
（2）汽車尾氣轉化反應：NO+CO→N₂+CO₂（未配平），將NO和CO轉化為和N₂ 和CO₂，實現除污，每生成1molN₂還原劑失去電子數為4×6.02×10²³．
（3）大氣污染物氮氧化物可以用活性炭還原法處理．某研究小組向某2L的密閉容器中加入一定量的活性炭和NO，發(fā)生反應C（s）+2NO（g）?N₂（g）+CO₂ （g）．在T₁℃時，反應進行到不同時間測得各物質的物質的量如下：

時間（min） 物質的量（mol）	0	10	20	30	40	50
NO	2.00	1.16	0.80	0.80	0.96	0.96
N2	0	0.42	0.60	0.60	0.72	0.72
CO2	0	0.42	0.60	0.60	0.72	0.72

①0～10min內，NO的平均反應速率v（NO）=0.042mol/（L．min）；T₁℃時，該反應的平衡常數K=$\frac{9}{16}$．
②30min后，只改變某一條件，反應重新達到平衡，根據上表中的數據判斷改變的條件可能是b（填字母編號）．
a．加入一定量的活性炭    b．通入一定量的NO c．恒容時，充入一定量的氦氣   d．加入合適的催化劑
（4）氨燃料電池使用的電解質溶液是2mol•L^-1的KOH溶液，電池反應為：4NH₃+3O₂=2N₂+6H₂O．放電時，該電池正極的電極反應式為O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-．
（5）實驗室中用NaOH溶液吸收CO₂，發(fā)生反應為2CO₂+3NaOH=Na₂CO₃+NaHCO₃+H₂O．所得混合液中所有離子濃度由大到小的順序為c（Na⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）．

Answer 1

分析 （1）已知：①N₂（g）+2O₂（g）=N₂O₄（g）△H₁
②N₂H₄（g）+O₂（g）=N₂（g）+2H₂O（g）△H₂
根據蓋斯定律，②×2-①可得：2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）=3N₂（g）+4H₂O（g），焓變也進行相應的計算，平衡常數為②的平衡常數的平方與①的平衡常數商；
（2）反應中N元素化合價由+2價降低為0價，進而計算轉移電子數目；
（3）①根據v=$\frac{△c}{△t}$計算0～10min內，NO的平均反應速率v（NO）；
由表中數據可知，20min時處于平衡狀態(tài)，反應前后氣體的體積不變，用物質的量代替濃度代入平衡常數表達式K=$\frac{c（{N}_{2}）×c（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）}$計算；
②反應重新達到平衡，NO增大0.16mol，N₂、CO₂ 均增大0.08mol，等于化學計量數之比，應是通入一定量的NO；
（4）氨燃料電池使用的電解質溶液是KOH溶液，電池反應為：4NH₃+3O₂=2N₂+6H₂O．放電時，正極發(fā)生還原反應，氧氣在正極獲得電子，堿性條件下生成氫氧根離子；
（5）實驗室中用NaOH溶液吸收CO₂，發(fā)生反應為2CO₂+3NaOH=Na₂CO₃+NaHCO₃+H₂O，溶液中碳酸鈉、碳酸氫鈉物質的量相等，碳酸根、碳酸氫根水解，溶液呈堿性，而碳酸根的水解程度大于碳酸氫根水解程度，而水解程度比較微弱．

解答 解：（1）已知：①N₂（g）+2O₂（g）=N₂O₄（g）△H₁
②N₂H₄（g）+O₂（g）=N₂（g）+2H₂O（g）△H₂
根據蓋斯定律，②×2-①可得：2N₂H₄（g）+N₂O₄（g）=3N₂（g）+4H₂O（g），則△H=2△H₂-△H₁，該反應平衡常數K=$\frac{{{K}_{2}}^{2}}{{K}_{1}}$，
故答案為：2△H₂-△H₁；$\frac{{{K}_{2}}^{2}}{{K}_{1}}$；
（2）反應中N元素化合價由+2價降低為0價，每生成1molN₂還原劑失去電子數為1mol×4×6.02×10²³
mol^-1=4×6.02×10²³，
故答案為：4×6.02×10²³；
（3）①①0～10min內，NO的平均反應速率v（NO）=$\frac{\frac{2mol-1.16mol}{2L}}{10min}$=0.042mol/（L．min）；
由表中數據可知，20min時處于平衡狀態(tài)，反應前后氣體的體積不變，用物質的量代替濃度計算平衡常數，則K=$\frac{c（{N}_{2}）×c（C{O}_{2}）}{{c}^{2}（NO）}$=$\frac{0.6×0.6}{0．{8}^{2}}$=$\frac{9}{16}$，
故答案為：0.042mol/（L．min）；$\frac{9}{16}$；
②反應重新達到平衡，NO增大0.16mol，N₂、CO₂ 均增大0.08mol，等于化學計量數之比，應是通入一定量的NO，
故選：b；
（4）氨燃料電池使用的電解質溶液是KOH溶液，電池反應為：4NH₃+3O₂=2N₂+6H₂O．放電時，正極發(fā)生還原反應，氧氣在正極獲得電子，堿性條件下生成氫氧根離子，正極電極反應式為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，
故答案為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；
（5）實驗室中用NaOH溶液吸收CO₂，發(fā)生反應為2CO₂+3NaOH=Na₂CO₃+NaHCO₃+H₂O，溶液中碳酸鈉、碳酸氫鈉物質的量相等，碳酸根、碳酸氫根水解，溶液呈堿性，而碳酸根的水解程度大于碳酸氫根水解程度，而水解程度比較微弱，則溶液中離子濃度：c（Na⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺），
故答案為：c（Na⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）．

點評 本題考查化學平衡影響因素、平衡常數、反應速率計算、反應熱計算、氧化還原反應計算、電極反應式書寫、離子濃度大小比較等知識點，是對學生綜合能力的考查，難度中等．